科研反哺教学下的实验项目开发：乙酸苯酯的制备

周晓玉,陈 霞

(六盘水师范学院 化学与材料工程学院,贵州 六盘水 553004)

“科教融合，育未来科学人”的战略在高校创新人才的培养中发挥着至关重要的作用[1]。将科研成果转化为教学资源是培养学生创新能力和启迪专业思维的一种有效途径，是实现科教融合的关键[2]。在科研反哺教学的指导思想下，持续深化本科教学改革，每一位教育工作者都应该尽自己的绵薄之力，为教育事业的进步和民族复兴的伟大战略做出努力[3-7]。

有机化学实验教学中，缺乏新型的、实用性强的合成实验项目。目前，酯类化合物的制备实验主要采用的方法是羧酸及其衍生物和醇、酚在强酸的催化下合成相应的羧酸酯，实验项目简单、陈旧，不能够体现现代有机合成的趋势。教学团队将科研成果引入实验教学课堂，开发了具有前沿性、实用性的“乙酸苯酯的制备”实验项目。

1 设计思路

酯类化合物常以乙酸酐、乙酰氯、乙酸和醇发生酯化反应制备，但羧酸芳基酯的制备相对较困难[8-15]。乙酸苯酯是重要的药物中间体，它可以转化为邻羟基苯乙酮和对羟基苯乙酮的混合物，可以治疗黄疸型肝炎、胆囊炎等疾病[15]。为了增加实验项目的实用性，教学团队以乙酸苯酯的合成方法进行研究。

根据“碱催化羧酸芳基酯制备”的科研成果[16]，经实验可操作性和安全性验证后，并进一步设计使其可作为本科实验教学项目。通过将科学研究成果与教学有机的结合，有效促进学生专业思想的建立，提升学生的专业自豪感，同时激励教师对教育事业的热爱，教学相长，从而提高实验教学效果。

2 实验研究与结果

2.1 实验原理

酸酐、酰卤、羧酸可以与醇或酚发生酯化反应，获得相应的酯类化合物，但常伴随副产物的产生。其中，酸酐和酰卤的活性较高，官能团兼容性较差；羧酸反应活性相对较低，一般需要浓硫酸等强酸为催化剂，且只适用于醇的酯化，不能通过羧酸与酚反应制备羧酸芳基酯。

在碳酸钠的催化作用下，以乙腈作为溶剂，苯酚与羧酸乙烯酯在加热回流的条件可以合成乙酸苯酯，如图1。

图1 合成乙酸苯酯的反应方程式

为了提高乙酸苯酯的产率，反应可以通过加入过量乙酸乙烯酯或适当延长反应时间来促进酚完全反应。

2.2 实验研究

2.2.1 条件优化与结果

综合经济性、实验项目可操作性、安全性等因素，结合科研所取得的结果，选择苯酚为基础原料、以乙酸乙烯酯为酰基化试剂，进行实验项目开发。

首先对催化剂进行了优化，见表1。在催化剂优化过程中发现，无催化剂存在条件下，苯酚与乙酸乙烯酯不能发生酯化反应。随后，分别对甲酸钠、三乙胺、碳酸钾、碳酸钠及其用量进行了考察，结果表明，碳酸钠是最佳的催化剂。经对碳酸钠用量考察发现，碳酸钠摩尔分数20%是最佳催化剂用量。

表1 催化剂优化

在确定最佳催化剂的基础上，开展溶剂条件优化，见表2。研究发现，甲苯、1,4-二氧六环、乙醇、四氢呋喃等溶剂中，反应产率均有不同程度降低，因此乙腈是此反应的最佳溶剂。

表2 溶剂优化

2.2.2 实验步骤

经反应条件优化和多次实验验证，确定了由苯酚和乙酸乙烯酯制备乙酸苯酯的操作条件和步骤。

(1)合成乙酸苯酯的步骤

①室温下，向干燥的50 mL圆底烧瓶中加入苯酚0.38g、乙腈30mL和碳酸钠0.09g，组装回流装置，在加热型磁力搅拌器中回流4h左右。

②用薄层层析色谱监测反应情况(并记录原料和产物的Rf值，并分析是否存在副产物)，尽量控制苯酚完全反应。

③反应结束，撤掉加热装置，冷却至室温。

(2)后处理过程

①将反应液转移至干燥的100mL圆底烧瓶中，加入硅胶(100-200目)1.0～2.0g后，用旋转蒸发仪浓缩至干。

②用柱层析法分离产物：湿法装柱，干法装样，柱层析硅胶用量10-15g，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯。用薄层层析色谱分析和判断洗脱过程，并依次接收洗脱液。

③将产物溶液合并于另一个干燥的50 mL的圆底烧瓶中，用旋转蒸发仪浓缩后，真空干燥。

④干燥完全后，称重，计算反应产率。

2.3 实验注意事项

(1)原料的用量和比例

①为了实现反应的半微量化，不宜大幅度提高原料的投入量。

②控制催化剂的投入量(摩尔分数)在20%～30%。

(2)操作方法

①由于乙酸乙烯酯沸点相对较低，故回流反应时需通入冷凝水充分冷却。

②在投料和反应过程中，避免引入大量水分，否则将影响反应产率。

③反应液浓缩时，确保溶剂尽量旋出，以避免对后续柱层析分离操作造成干扰，影响分离效果。

3 结语

教学团队开发的“乙酸苯酯的制备”实验项目反应条件温和，所用试剂用量小，实验成本低，实现了半微量化和资源节约化。同时，将薄层层析色谱和柱层析色谱融入合成实验项目中，有助于学生基本操作技能和综合实验技能的提高。

通过将“碱催化羧酸芳基酯制备”的科研成果带入有机化学实验教学中，重视对学生学科前沿的引导教育，融科学研究引导和专业思想教育于教学实践中，潜移默化地培养学生专业意识，启迪其专业思维。同时，提升了学生专业学习热情和专业忠诚度，有效的提高了学生的综合素质，尤其是科研素养和创新能力。该项目符合现代实验教学改革，可以在本科实验教学中继续推广，以期对科研反哺教学理念下的实验项目开发提供一点借鉴意义。